Teknologi sistem kontrol

Sistem kontrol, berarti dengan mana jumlah variabel atau serangkaian jumlah variabel dibuat untuk menyesuaikan dengan norma yang ditentukan. Entah itu memegang nilai-nilai kuantitas yang dikendalikan konstan atau menyebabkan mereka bervariasi dengan cara yang ditentukan. Sistem kontrol dapat dioperasikan oleh listrik, dengan cara mekanis, dengan tekanan fluida (cairan atau gas), atau dengan kombinasi cara. Ketika komputer terlibat dalam sirkuit kontrol, biasanya lebih nyaman untuk mengoperasikan semua sistem kontrol secara elektrik, meskipun intermixtures cukup umum.

Pengembangan sistem kontrol.

Sistem kontrol terkait erat dengan konsep automation (qv), tetapi dua tipe dasar sistem kontrol, feedforward dan feedback, memiliki keturunan klasik. Alat tenun yang ditemukan oleh Joseph Jacquard dari Perancis pada tahun 1801 adalah contoh awal feedforward; satu set kartu berlubang memprogram pola-pola yang ditenun oleh alat tenun; tidak ada informasi dari proses yang digunakan untuk memperbaiki operasi mesin. Kontrol feedforward serupa digabungkan dalam sejumlah peralatan mesin yang ditemukan pada abad ke-19, di mana alat pemotong mengikuti bentuk model.

Kontrol umpan balik, di mana informasi dari proses digunakan untuk memperbaiki operasi mesin, memiliki sejarah yang lebih tua. Insinyur Romawi mempertahankan ketinggian air untuk sistem saluran air mereka melalui katup mengambang yang dibuka dan ditutup pada tingkat yang sesuai. Kincir angin Belanda abad ke-17 tetap menghadap angin oleh aksi baling-baling tambahan yang menggerakkan seluruh bagian atas kincir. Contoh paling terkenal dari Revolusi Industri adalah gubernur bola basket James Watt tahun 1769, sebuah alat yang mengatur aliran uap ke mesin uap untuk mempertahankan kecepatan mesin yang konstan meskipun ada perubahan beban.

Analisis teoritis pertama dari sistem kontrol, yang menyajikan model persamaan diferensial Gubernur Watt, diterbitkan oleh James Clerk Maxwell, fisikawan Skotlandia, pada abad ke-19. Pekerjaan Maxwell segera digeneralisasi dan teori kontrol dikembangkan oleh sejumlah kontribusi, termasuk studi penting tentang sistem kemudi otomatis kapal perang AS "New Mexico," yang diterbitkan pada tahun 1922. Tahun 1930-an melihat perkembangan umpan balik listrik pada telepon jarak jauh. amplifier dan teori umum servomekanisme, dimana sejumlah kecil kekuatan mengendalikan jumlah yang sangat besar dan membuat koreksi otomatis. Pengendali pneumatik, dasar untuk pengembangan sistem otomatis awal dalam industri kimia dan minyak bumi, dan komputer analog diikuti. Semua perkembangan ini membentuk dasar untuk elaborasi teori sistem kontrol dan aplikasi selama Perang Dunia II, seperti baterai anti-pesawat terbang dan sistem kontrol kebakaran.

Sebagian besar studi teoritis serta sistem praktis hingga Perang Dunia II adalah satu putaran — yaitu, mereka hanya melibatkan umpan balik dari satu titik dan koreksi dari satu titik. Pada 1950-an potensi sistem multi-loop datang dalam penyelidikan. Dalam sistem ini, umpan balik dapat dimulai pada lebih dari satu titik dalam suatu proses dan koreksi dilakukan dari lebih dari satu titik. Pengenalan peralatan komputasi analog dan digital membuka jalan bagi kompleksitas yang jauh lebih besar dalam teori kontrol-otomatis, sebuah kemajuan sejak diberi label "kontrol modern" untuk membedakannya dari yang lebih lama, lebih sederhana, "kontrol klasik."

Prinsip dasar.

Dengan beberapa pengecualian yang relatif tidak penting, semua sistem kontrol modern memiliki dua karakteristik dasar yang sama. Ini dapat digambarkan sebagai berikut: (1) Nilai kuantitas yang dikontrol bervariasi oleh motor (kata ini digunakan dalam pengertian umum), yang menarik daya dari sumber lokal daripada dari sinyal yang masuk. Dengan demikian, tersedia sejumlah besar daya untuk memengaruhi variasi yang diperlukan dari kuantitas yang dikontrol dan untuk memastikan bahwa operasi yang bervariasi dari kuantitas yang dikontrol tidak memuat dan mengubah sinyal yang menjadi dasar akurasi kontrol. (2) Laju di mana energi diumpankan ke motor untuk mempengaruhi variasi dalam nilai kuantitas yang dikontrol ditentukan kurang lebih secara langsung oleh beberapa fungsi perbedaan antara nilai aktual dan yang diinginkan dari jumlah yang dikendalikan. Jadi, misalnya, dalam hal sistem pemanas termostatik, pasokan bahan bakar ke tungku ditentukan oleh apakah suhu aktual lebih tinggi atau lebih rendah dari suhu yang diinginkan. Sistem kontrol yang memiliki karakteristik mendasar ini disebut sistem kontrol loop tertutup, atau servomekanisme (lihat Gambar). Sistem kontrol loop terbuka adalah sistem feedforward.

Stabilitas sistem kontrol sebagian besar ditentukan oleh responsnya terhadap sinyal yang tiba-tiba diterapkan, atau sementara. Jika sinyal seperti itu menyebabkan sistem mengoreksi dirinya sendiri, sebuah fenomena yang disebut perburuan dapat terjadi di mana sistem pertama kali mengoreksi dirinya sendiri dalam satu arah dan kemudian mengoreksi dirinya sendiri di arah yang berlawanan. Karena perburuan tidak diinginkan, tindakan biasanya diambil untuk memperbaikinya. Ukuran korektif yang paling umum adalah penambahan redaman di suatu tempat dalam sistem. Redaman memperlambat respons sistem dan menghindari overshoot berlebihan atau koreksi berlebihan. Redaman dapat dalam bentuk hambatan listrik di sirkuit elektronik, penerapan rem di sirkuit mekanis, atau memaksa oli melalui lubang kecil seperti pada peredam kejut.

Metode lain untuk memastikan stabilitas sistem kontrol adalah menentukan respons frekuensinya — yaitu, responsnya terhadap sinyal input yang berubah-ubah secara terus-menerus pada berbagai frekuensi. Output dari sistem kontrol kemudian dibandingkan dengan input sehubungan dengan amplitudo dan fase — yaitu, tingkat di mana sinyal input dan output berada di luar langkah. Respons frekuensi dapat ditentukan secara eksperimental — terutama dalam sistem kelistrikan — atau dihitung secara matematis jika konstanta sistem diketahui. Perhitungan matematis sangat berguna untuk sistem yang dapat dijelaskan dengan persamaan diferensial linear biasa. Pintasan grafis juga sangat membantu dalam mempelajari respons sistem.

Beberapa teknik lain masuk ke dalam desain sistem kontrol canggih. Kontrol adaptif adalah kemampuan sistem untuk memodifikasi operasinya sendiri untuk mencapai mode operasi terbaik. Definisi umum dari kontrol adaptif menyiratkan bahwa sistem adaptif harus mampu melakukan fungsi-fungsi berikut: memberikan informasi terus menerus tentang keadaan sistem saat ini atau mengidentifikasi proses; membandingkan kinerja sistem saat ini dengan kinerja yang diinginkan atau optimal dan membuat keputusan untuk mengubah sistem untuk mencapai kinerja optimal yang ditetapkan; dan memulai modifikasi yang tepat untuk mendorong sistem kontrol ke optimal. Tiga prinsip ini — identifikasi, keputusan, dan modifikasi — melekat dalam sistem adaptif apa pun.

Kontrol optimalisasi dinamis memerlukan sistem kontrol untuk beroperasi sedemikian rupa sehingga kriteria kinerja tertentu terpenuhi. Kriteria ini biasanya dirumuskan dalam istilah sedemikian rupa sehingga sistem yang dikendalikan harus berpindah dari posisi semula ke posisi baru dalam waktu minimum yang mungkin atau dengan biaya total minimum.

Kontrol pembelajaran menyiratkan bahwa sistem kontrol mengandung kemampuan komputasi yang cukup sehingga dapat mengembangkan representasi model matematika dari sistem yang sedang dikendalikan dan dapat memodifikasi operasinya sendiri untuk mengambil keuntungan dari pengetahuan yang baru dikembangkan ini. Dengan demikian, sistem kontrol pembelajaran adalah pengembangan lebih lanjut dari kontroler adaptif.

Kontrol multivariabel-non-interaksi melibatkan sistem besar di mana ukuran variabel internal tergantung pada nilai-nilai variabel terkait lainnya dari proses. Dengan demikian teknik loop tunggal teori kontrol klasik tidak akan cukup. Teknik yang lebih canggih harus digunakan untuk mengembangkan sistem kontrol yang sesuai untuk proses tersebut.